(57)【要約】【課題】燃料カットリカバー時の燃焼安定性や排気性能の悪化を防止する。【解決手段】運転状態に応じて燃料カットを行う燃料噴射装置において、燃料カットからの復帰時に吸気行程中となる気筒について、吸気行程開始から所定期間が経過しているか否かをクランク角に基づいて判定し（Ｓ５）、燃料カットからの復帰時の初回の燃料噴射は、吸気行程開始から所定期間が経過している場合には前記吸気行程中となる気筒以外の全気筒で非同期噴射により行ない（Ｓ７）、吸気行程開始から所定期間が経過していない場合には前記吸気行程中となる気筒を含めた全気筒で非同期噴射により行なう（Ｓ６）。【選択図】      図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンの各気筒ごとに設けられた燃料噴射手段と、
前記エンジンのクランク角その他の運転状態を検出する運転状態検出手段と、
前記エンジンの運転中に所定の運転条件が成立した場合には燃料噴射を停止する燃料カット手段と、
前記燃料カット手段による燃料噴射停止中に前記所定の運転条件が不成立となった場合には燃料噴射を再開する燃料カット復帰手段と、
前記燃料カット復帰手段による燃料噴射の再開時に吸気行程中となる気筒について、吸気行程開始から所定期間が経過しているか否かをクランク角に基づいて判定する判定手段と、
前記燃料カット復帰手段による燃料噴射の再開時の初回の燃料噴射は、吸気行程開始から前記所定期間が経過している場合には、前記吸気行程中となる気筒を除く全気筒の前記燃料噴射手段でクランク角によらずに同時に行ない、吸気行程開始から前記所定期間が経過していない場合には前記吸気行程中となる気筒を含めた全気筒の前記燃料噴射手段でクランク角によらずに同時に行なうことを決定する燃料噴射許可手段と、で構成される燃料噴射制御装置。
【請求項２】
前記判定手段は、前記所定期間を前記エンジンの運転状態に応じて変化させる請求項１に記載の燃料噴射制御装置。
【請求項３】
前記判定手段は、前記所定期間をエンジンの回転速度が高くなるほど短くする請求項２に記載の燃料噴射制御装置。
【請求項４】
前記判定手段は、前記所定期間を前記エンジンの負荷が大きくなるほど短くする請求項２または３に記載の燃料噴射制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料噴射装置の制御に関し、特に燃料カット状態から復帰する際の燃料噴射制御に関する。
【背景技術】
【０００２】
エンジンの燃料噴射制御装置として、エンジンの運転状態やスロットル開度等に基づいて設定した燃料噴射量を、クランク角等に応じて各気筒ごとに所定のタイミングで噴射（同期噴射）し、例えばアクセルペダルオフでの減速時等の所定の条件下では、燃料噴射を停止するいわゆる燃料カットを行うものが知られている。
【０００３】
ところで、上記の燃料カットは、車速が低い状態で継続するとエンジンストールのおそれがあるので、所定車速まで低下したときには終了して燃料噴射を再開する。
【０００４】
燃料カットを終了して燃料噴射を再開するとき（以下、燃料カットリカバーという）、車速の低下速度が緩やかであれば、燃料カットリカバーすべき条件が満たされた後に同期噴噴射を開始することによってもエンジンの運転を行うことができる。
【０００５】
しかしながら、例えば急制動時のように車速が急減に低下する場合は、燃料カットリカバーすべき条件が満たされた後に同期噴射を開始すると、燃料噴射量演算に要する時間や、燃料噴射弁に噴射すべき旨の信号が入力されてから実際に噴射するまでの時間（無効噴射時間）等があるために、実際に燃料が噴射されたときにはエンジン回転数が低下し過ぎており、エンジンの燃焼が不安定になるおそれがある。
【０００６】
この問題を解決するために、急激な減速時には、燃料カットリカバーすべき条件が満たされた直後に、クランク角によらずに全気筒同時に燃料噴射を行う、いわゆる非同期噴射を一回のみ行ってから同期噴射を開始する制御方法が知られている。
【０００７】
一般に、非同期噴射時の燃料噴射量、すなわち燃料噴射時間は、どの気筒から吸気行程を行うかによらず、各気筒間で一定であった。このため、燃料カットリカバー後直ちに吸気行程を行う気筒では、噴射後直ちに気筒内に燃料が吸入されるのに対して、燃料カットリカバーから吸気行程までの時間遅れがある気筒では、噴射後一定の時間が経過してから燃料が気筒に吸入されていた。
【０００８】
この時間差に起因して、燃料の霧化に差異が生じたり、気筒に吸入される燃料量にばらつきが生じるという問題が生じ、エンジン回転速度がアイドル回転速度に収束する手前で一旦上昇してしまう、という問題が生じていた。
【０００９】
特許文献１には、上記問題を解決するための手段として、非同期噴射時の燃料噴射量、すなわち燃料噴射時間を、気筒ごとに調整する技術事項が開示されている。
【００１０】
具体的には、燃料カットリカバーすべき条件が満たされてから最初に吸気行程を行う気筒（第１気筒）の燃料噴射時間を、次に吸気行程を行う気筒（第２気筒）の燃料噴射時間よりも長く制御している。これにより、第１気筒と第２気筒との間で爆発力に差異が生じないようにすることができ、エンジン回転速度をアイドル回転速度までスムーズに収束させることができる。
【特許文献１】特開２００２−３３２８９４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
ところで、非同期噴射による燃料噴射中は、いずれか一つの気筒は吸気行程中である。この気筒では吸気バルブが開いた状態で燃料が噴射されることになるが、どの程度の燃料が気筒内に吸入されるのかについては、クランク角により異なる。
【００１２】
例えば非同期噴射が吸気行程の初期であれば、ピストンの下降によるポンピング作用により燃料が吸入されるが、非同期噴射が吸気行程終了付近の場合には、ピストンは下死点近くまで降下しているためにポンピング作用による吸気は殆ど行われず、ごく少量の燃料しか気筒内に吸入されない。
【００１３】
仮にごく少量しか吸入されなかった場合には、燃料は吸気通路中に滞留することになり、非同期噴射後に最初に行われる同期噴射時に噴射される燃料と共に気筒内に吸入される。これにより、気筒内の混合気濃度はリッチ状態となり、エンジンの燃焼安定性や排気性能が低下するおそれがある。
【００１４】
しかしながら、特許文献１では、非同期噴射時に吸気行程中となる気筒について、常に他の気筒よりも多量の燃料噴射を行っている。したがって、上述したエンジンの燃焼安定性や排気性能の低下を防止することはできない。
【００１５】
そこで、非同期噴射時に吸気行程中である気筒に吸入される燃料量のばらつきに起因するエンジンの安定性や排気性能の低下を防止することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明の燃料噴射制御装置は、エンジンの各気筒ごとに設けられた燃料噴射手段と、前記エンジンのクランク角その他の運転状態を検出する運転状態検出手段と、前記エンジンの運転中に所定の運転条件が成立した場合には燃料噴射を停止する燃料カット手段と、前記燃料カット手段による燃料噴射停止中に前記所定の運転条件が不成立となった場合には燃料噴射を再開する燃料カット復帰手段と、前記燃料カット復帰手段による燃料噴射の再開時に吸気行程中となる気筒について、吸気行程開始から所定期間が経過しているか否かをクランク角に基づいて判定する判定手段と、前記燃料カット復帰手段による燃料噴射の再開時の初回の燃料噴射は、吸気行程開始から所定期間が経過している場合には、前記吸気行程中となる気筒を除く全気筒の前記燃料噴射手段でクランク角によらずに同時に行ない、吸気行程開始から所定期間が経過していない場合には前記吸気行程中となる気筒を含めた全気筒の前記燃料噴射手段でクランク角によらずに同時に行なうことを決定する燃料噴射許可手段と、で構成する。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、燃料カットから復帰する際にはいわゆる非同期噴射を行うが、このとき吸気行程中となる気筒については、燃料が気筒内に確実に吸入される場合のみ燃料噴射を行う。これにより、前記吸気行程中となる気筒の次サイクルの気筒内の混合気濃度に与える影響を抑えることができ、燃焼安定性や排気性能の悪化を防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００１９】
図１は本実施形態の制御を適用するシステムの構成について説明するための図である。
【００２０】
１はエンジン、２はエンジン１に吸入される空気が流れる吸気通路、３はエンジン１から排出される排気が流れる排気通路である。吸気通路２には吸入した空気中の異物を捕集するためのエアクリーナ４、エアクリーナ４を通過した空気量、すなわちエンジン１に供給される空気量を検出するエアフローメータ５、エンジン１に吸入される空気量を調節するスロットルバルブ７が上流側から順に備えられる。
【００２１】
エンジン１には、ピストン１５が摺動可能に収められ、また、クランクシャフト１４が回転自由に支持されている。ピストン１５とクランクシャフト１４とはコネクティングロッド１６を介して連結されている。クランクシャフト１４の近傍にはクランクシャフト１４の回転速度を求めるためにクランク角を検出するクランク角センサ１１が備えられる。また、エンジン１には、内部を流れる冷却水の温度を検出する水温センサ１２が備えられる。
【００２２】
なお、エンジン１は吸気通路２内に燃料を噴射する、いわゆる吸気ポート噴射式の燃料燃料噴射を行い、燃料噴射手段としての燃料噴射弁８は、吸気通路２のエンジン１との接続部付近に備えられる。
【００２３】
燃料噴射弁８の燃料噴射量は、運転状態検出手段としてのエアフローメータ５やクランク角センサ１１、水温センサ１２、その他運転状態を検出するセンサの検出信号に基づいて、後述する燃料カット手段、燃料カット復帰手段、判定手段、燃料噴射許可手段としてのコントロールユニット１３において算出される。なお、コントロールユニット１３はクランク角に基づいて各気筒の点火プラグ１０の点火時期の制御も行う。
【００２４】
燃料噴射弁８の噴射方法は、原則としてクランク角センサ１１の検出値に基づいて各気筒の噴射時期が設定される同期噴射である。本実施形態ではポート噴射なので各気筒とも排気行程中に燃料噴射を行う。
【００２５】
また、運転中に後述する条件を満たした場合には燃料噴射を停止する、いわゆる燃料カットを行う（燃料カット手段）。
【００２６】
燃料カットは、例えばエンジン水温が暖機運転終了時の温度に相当する所定温度以上であって、スロットルバルブ７が全閉、かつクランク角センサ１１から検出されるエンジン回転速度が所定値以上、といった所定の条件（以下、燃料カット条件という）を満たしたときに行う。
【００２７】
燃料カット中に燃料カット条件を満たさなくなったときには再び燃料噴射を開始するが（燃料カット復帰手段）、このとき、クランク角によらずに複数の気筒に対して同時に燃料噴射を行う、いわゆる非同期噴射を１回行い、その後クランク角に応じた同期噴射を開始する。
【００２８】
ここで、非同期噴射を行う理由について説明する。
【００２９】
燃料カットを終了して燃料噴射を再開する（以下、燃料カットリカバーという）条件を満たしたことを検知してから、実際に燃料噴射が行われるまでには、運転状態に基づいて燃料噴射量を演算するための時間や、燃料噴射弁８が開弁信号を受けてから実際に燃料が噴射されるまでの、いわゆる無効噴射時間等といった遅れ時間が生じる。このため、車速低下の度合（以下、減速度という）が所定値より大きい場合には、遅れ時間が同一であってもエンジン回転速度の低下代は大きくなり、燃料噴射が再開されたときにはアイドル回転速度を下回ってしまうおそれがある。このようにエンジン回転速度がアイドル回転速度よりも低くなると燃焼安定性が低下し、エンジンストールを生じるおそれがある。
【００３０】
一方、非同期噴射を行えば、いずれかの気筒は吸気行程中、また他のいずれかの気筒は直ちに排気行程を迎える状態にあるので、これらの気筒に燃料が吸入される。そして、燃料が吸入された気筒から燃焼が開始されるので、燃料カットリカバー条件が満たされてから、エンジン１の自立運転が再開されるまでの時間を短くすることができ、減速度が所定値より大きい場合であってもエンジン回転速度が大きく低下してしまうことを防止できる。
【００３１】
上記の理由により、減速度が所定値より大きい場合における燃料カットリカバー時には、燃料カットリカバー条件が成立した後直ちに非同期噴射を１回行い、その次から同期噴射を行う。
【００３２】
なお、例えば減速度が所定値より小さいときは、燃料カットリカバー条件を満たしたら直ちに同期噴射により燃料噴射を再開し、減速度が所定値より大きい場合には上記のように１回非同期噴射をおこなってから同期噴射を開始する、というように、減速度に応じて燃料カットリカバー時の噴射方法を選択するようにしてもよい。このとき、減速度の判定に用いる所定値は、減速度の大きさ、車速、減速開始時のエンジン回転速度等に応じて変化させてもよい。
【００３３】
次に、燃料噴射制御について、コントロールユニット１３が実行する燃料噴射制御のルーチンを表す図２を参照して説明する。
【００３４】
コントロールユニット１３は、燃料カットリカバー時に燃焼安定性や排気性能が低下することを防止するために、非同期噴射を行う際に吸気行程中となる気筒については、噴射した燃料がその吸気行程中に気筒内に吸入されるか否かを判定し、判定結果に応じて噴射するか否かを決定する。その他の気筒についてはクランク角によらずに燃料噴射する。
【００３５】
以下、図２の各ステップにしたがって説明する。
【００３６】
ステップＳ１では前述した燃料カット条件に基づいて、現在燃料カット中であるか否かを判定する。なお、所定車速以下になった場合には燃料カット条件から外れたと判定するが、この所定車速は減速度に応じて変化する。具体的には、減速度が大きい場合には所定車速は高くなり、減速度が小さい場合には所定車速は低くなる。
【００３７】
燃料カット中である場合にはステップＳ２に進み、燃料カットを開始（燃料噴射を停止）し、ステップＳ３で燃料カットリカバーフラグＦｒｅｃをゼロ（燃料カット中）にしてリターンする。
【００３８】
ステップＳ１の判定で燃料カット条件が成立しなかった場合には、ステップＳ４に進み、燃料カットリカバーフラグＦｒｅｃがゼロであるか否かの判定を行う。
【００３９】
燃料カットリカバーフラグＦｒｅｃがゼロの場合、すなわち前回演算時には燃料カット中であった場合にはステップＳ５に進み、そうでない場合にはステップＳ９に進み、同期噴射を行う。
【００４０】
ステップＳ５では、非同期噴射を行う際に吸気行程中となる気筒を判別し、当該気筒が予め設定した所定クランク角よりも前であるか（吸気行程開始から所定期間を経過したか）否かの判定を行う。所定クランク角は、吸気行程の途中で燃料噴射を開始した場合に、噴射した燃料を十分に気筒内に吸入できる範囲をクランク角で表し、この範囲の終端付近の値を設定する。
【００４１】
この判定によって、非同期噴射時に吸気行程中となる気筒が、噴射した燃料を吸入できるか否かを判定することができる。
【００４２】
所定クランク位置よりも前であった場合にはステップＳ６に進み、全気筒で非同期噴射を行う。一方、所定クランク位置よりも後ろであった場合には、ステップＳ７に進み、吸気行程中となる気筒には燃料を噴射せずに、残りの気筒で非同期噴射を行う。
【００４３】
すなわち、吸気行程中であっても既に燃料を吸入することができないクランク位置であれば、その気筒には燃料を噴射せず、残りの全気筒で非同期噴射を行う。そして吸入することができるクランク角であれば他の気筒とともに非同期噴射を行う。
【００４４】
ステップＳ６もしくはＳ７で非同期噴射を行った後は、ステップＳ８で燃料カットリカバーフラグＦｒｅｃを１（非同期噴射済み）にしてリターンする。
【００４５】
ここで、ステップＳ５での判定に用いる所定のクランク角の設定方法について図７、図８を参照して説明する。
【００４６】
図７は、あるエンジン回転速度及びエンジン負荷での運転時に、吸気行程中に燃料噴射した場合における燃料噴射時期とシリンダ内の混合気の当量比との関係を表した図であり、縦軸はシリンダ内の混合気の当量比、横軸は左端をピストン上死点位置（ＴＤＣ）として燃料噴射時期をクランク角で表したものである。なお、図中の許容当量比範囲とは、安定した燃焼を行うために許容される当量比の範囲である。図８はエンジン回転速度及びエンジン負荷と、所定クランク位置との関係を表す図である。
【００４７】
図７に示すように、ＴＤＣで燃料噴射を開始した場合にはシリンダ内の当量比が１、すなわちストイキとなる。そして、燃料噴射開始時期がクランク位置Ｃ１付近まではストイキとなるが、それ以降になると徐々にシリンダ内当量比はリーン化してくる。これは、ＴＤＣ〜Ｃ１に噴射した燃料はピストン１５降下時のポンピング作用によって、ほぼ全量が気筒内に吸入されるのに対して、Ｃ１以降になるとピストン下死点位置（ＢＤＣ）までのピストン１５のストロークが少なく、ポンピング作用で吸入できる燃料量が少なくなるためである。
【００４８】
Ｃ１以降は噴射開始時期が遅くなるほどシリンダ内当量比のリーン化は進み、Ｃ３以降に噴射された場合には許容当量比範囲の下限を下回る。ただし、Ｃ３で燃料噴射弁８に噴射信号が入力されても、信号入力時から実際に燃料が噴射されるまでには無効時間が生じるので、許容当量比を満たすためには、無効噴射時間に相当するクランク角だけＴＤＣ側のときにコントロールユニット１３から燃料噴射弁８に燃料噴射信号が入力されていなければならない。そこで、Ｃ３よりも無効噴射時間に相当するクランク角だけＴＤＣ側のクランク位置Ｃ２を所定クランク位置とする。
【００４９】
ところで、エンジン回転速度やエンジン負荷が大きくなると、必要とされる燃料量も多くなり、必要な燃料量を噴射するための燃料噴射時間が長くなる。また、エンジン回転速度が高くなると無効噴射時間中に進むクランク角も大きくなるので、図７中のＣ２〜Ｃ３を大きくとる必要がある。
【００５０】
したがって本実施形態ではエンジン負荷及びエンジン回転速度を検出し、これらの検出値に基づいて図８に示すマップを検索することによって、エンジン回転速度が高くなるほど、またエンジン負荷が高くなるほど所定クランク角Ｃ２を早期化する。これらの制御はコントロールユニット１３にて実行する。
【００５１】
上記のように、非同期噴射時に吸気行程中となる気筒について、燃料を噴射した場合にその燃料が気筒内に吸入されるか否かを判定し、判定結果に基づいて燃料噴射を制御することの効果について図３〜図６を参照して説明する。
【００５２】
図３、図４は図２の制御ルーチンを実行した場合、図５、図６は図２の制御ルーチンを実行しない場合のそれぞれの燃料噴射パターンを表した図である。図中の１〜４の番号は気筒番号を表しており、本実施形態の点火順序は気筒番号で１−３−４−２の順である。また、図３〜図６中の「リカバー指令」とは、燃料カット条件を満たさなくなった時を指している。実際には、燃料カット条件を満たさなくなってから燃料噴射までの間には図２のステップＳ４、Ｓ５の判定を行う時間や燃料噴射弁８の無効噴射時間等の遅れ時間が生じるが、便宜上、燃料カット条件を満たさなくなったのと同時に非同期噴射を開始するものとしている。
【００５３】
図３では、リカバー指令時に４番気筒が吸気行程中である。そしてリカバー指令は所定クランク位置よりも前である。すなわち、図２のステップＳ５において、燃料噴射を行えば噴射された燃料は気筒内に吸入されるクランク位置であると判定される。そこで、４番気筒を含めた全気筒で非同期噴射を行う。これにより、４番気筒には燃料が吸入され、次に迎える圧縮行程の終了付近で火花点火により燃焼することになる。
【００５４】
図４でも同様に、リカバー指令時に４番気筒が吸気行程中である。しかし、所定クランク位置よりも後ろである。したがって、燃料を噴射しても、ほとんど気筒内に燃料は吸入されない。この状態で４番気筒に燃料を噴射すると、噴射された燃料はリカバー指令後最初の吸気行程まで吸気通路２内に滞留することになる。そして、リカバー指令後最初の排気行程では同期噴射による燃料噴射が行われる。このため、リカバー指令後最初の吸入行程では、吸気通路２内に滞留している間に十分に気化した燃料と、同期噴射によって噴射された燃料が吸入されることになるので、４番気筒内の混合気濃度はリッチになり、燃焼安定性や排気性能が低下する。
【００５５】
そこで本実施形態では、非同期噴射時に吸気行程となる気筒については、所定クランク角より後の場合には非同期噴射を禁止し、残りの１〜３番気筒で非同期噴射を行う。
【００５６】
なお、１番気筒では非同期噴射後直ちに排気行程を迎えて燃料が噴射されるが、非同期噴射により噴射された燃料は吸気通路２や吸気バルブ１７に付着し十分に気化していない状態なので、気筒内の混合気濃度がリッチになることはない。
【００５７】
一方、本実施形態のように、非同期噴射時に吸気行程となる気筒についての判定を行わず、常に全気筒で非同期噴射を行う場合についてみると、図５に示すように所定クランク位置より前であれば、本実施形態と同様に燃焼安定性が低下することが無い。しかし、図６に示すように所定クランク位置よりも後であった場合には、図４の説明にて述べたように、噴射された燃料が吸気通路２内に滞留し、この滞留した燃料が次回燃料噴射時までに十分に気化して、次回噴射された燃料とともに気筒内に吸入されてしまう。これによりシリンダ内当量比がリッチになり、燃料安定性の低下や排気性能の悪化を招くおそれがある。
【００５８】
以上により本実施形態では、燃料カットリカバー時の燃料噴射を行う際に、燃料カットリカバー時に吸気行程中となる気筒について吸気行程開始から所定期間が経過しているか否かをクランク角に基づいて判定し、所定期間が経過している場合には吸気行程中となる気筒以外の全気筒で非同期噴射を行い、吸気行程開始から所定期間が経過していない場合には全気筒で非同期噴射を行う。これにより、燃料カットリカバー時に吸気行程中となる気筒において、非同期噴射により噴射した燃料が次サイクルのシリンダ内当量比に影響を与えることを防止できるので、非同期噴射による早期の燃焼再開と、燃焼安定性や排気性能の悪化の防止を両立することができる。
【００５９】
吸気行程中となる気筒の燃料噴射の可否を判定するために用いる吸気行程開始からの所定期間は、エンジンの回転速度が高くなるほど短くするので、吸気行程中の気筒に燃料が吸入されるか否かの判定を確実に行うことができる。また、所定期間は、エンジンの負荷が大きくなるほど短くするので、同様に吸気行程中の気筒に燃料が吸入されるか否かの判定を確実に行うことができる。
【００６０】
なお、本発明は上記の実施の形態に限定されるわけではなく、特許請求の範囲に記載の技術的思想の範囲内で様々な変更を成し得ることは言うまでもない。
【産業上の利用可能性】
【００６１】
本発明は、運転中に燃料カットを行うエンジンンの燃料噴射制御に適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】本実施形態のシステムの構成を表す図である。
【図２】本実施形態の制御ルーチンを表す図である。
【図３】本実施形態の燃料噴射パターンの一例を表す図である。
【図４】本実施形態の燃料噴射パターンの一例を表す図である。
【図５】従来制御の燃料噴射パターンの一例を表す図である。
【図６】従来制御の燃料噴射パターンの一例を表す図である。
【図７】クランク位置とシリンダ内当量比の関係を表す図である。
【図８】燃料噴射タイミングと運転状態との関係を表す図である。
【符号の説明】
【００６３】
１    エンジン
２    吸気通路
３    排気通路
４    エアクリーナ
５    エアフローメータ
７    スロットルバルブ
８    燃料噴射弁
１０  点火プラグ
１１  クランク角センサ
１２  水温センサ
１３  コントロールユニット
１４  クランクシャフト
１５  ピストン
１６  コネクティングロッド
１７  吸気バルブ
１８  排気バルブ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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